Was Arapaimas der Drohnentechnik beibringen können

Forschende des IGB haben entdeckt, dass junge Arapaimas ihr Luftschnappen an der Wasseroberfläche sekundengenau synchronisieren, um sich vor Fressfeinden zu schützen. Aus diesem Verhalten entwickelten sie ein Computermodell, das künftig zur Koordination heterogener Drohnen- und Roboterschwärme genutzt werden könnte.

Bild: David Ausserhofer, IGB

Forschende des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) haben gemeinsam mit dem Exzellenzcluster „Science of Intelligence“ ein Verhalten bei jungen Arapaimas beschrieben, das sich künftig für die Steuerung von Drohnenschwärmen nutzen lassen könnte. Die Süßwasserfische synchronisieren ihr Luftschnappen an der Wasseroberfläche sekundengenau, ein Prinzip, aus dem die Forschenden ein mathematisches Modell für synchrone Bewegungen heterogener Maschinengruppen abgeleitet haben. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Communications Biology veröffentlicht.

Schutz durch gemeinsames Auftauchen

Arapaimas zählen zu den größten Süßwasserfischen der Welt und können über zwei Meter lang sowie fast 300 Kilogramm schwer werden. Da sie in den sauerstoffarmen Gewässern des Amazonasbeckens auf Luftatmung angewiesen sind, müssen sie regelmäßig an die Oberfläche kommen, Jungtiere deutlich häufiger als ausgewachsene Exemplare. In einer Aquakulturanlage beobachtete das Team, dass in einer Gruppe von etwa 200 Jungfischen oft mehr als 100 Tiere innerhalb derselben Sekunde gemeinsam auftauchten, in einigen Fällen sogar der gesamte Schwarm gleichzeitig. Einzeln schwimmende Fische hingegen zeigten deutlich unregelmäßigere Atemabstände. Laut Erstautorin Palina Bartashevitch lohnt es sich für die nur wenige Zentimeter großen Jungtiere, gemeinsam aufzutauchen, da Vögel als Fressfeinde in einer großen Gruppe schwerer einzelne Tiere anvisieren können und sich das Risiko, gefressen zu werden, auf den gesamten Schwarm verteilt.

Möglich wird diese Synchronisation laut den Forschenden durch sogenannte Atemgruppen. Die Tiere tauchen demnach bevorzugt mit Artgenossen auf, die einen ähnlichen Sauerstoffbedarf haben. Wer gerade Luft geholt hat, lässt eine Runde aus. Auf diese Weise nehmen oft mehr als 75 Prozent des Schwarms am gemeinsamen Luftholen teil, ohne dass einzelne Tiere zu lange warten oder zu häufig an die gefährliche Oberfläche schwimmen müssen.

Vorbild für künftige Drohnenschwärme

Aus diesem über Jahrmillionen entstandenen Verhalten leitete das Team um Studienleiter David Bierbach ein generalisiertes Computermodell ab, das sich nach eigenen Angaben auf Schwärme von Robotern und Drohnen übertragen lässt. Bereits heute gebe es Drohnenmodelle, die synchron fliegen oder gemeinsam bestimmte Aufgaben ausführen, deren koordinierte Leistung sich mithilfe der aus der Studie gewonnenen Modelle weiter verbessern lasse. Ein zentraler Vorteil besteht laut den Forschenden darin, dass die einzelnen Einheiten eines Schwarms dafür nicht baugleich sein müssen. Selbst technisch unterschiedlich ausgestattete Drohnen könnten demnach, ähnlich wie die jungen Arapaimas, hochgradig synchronisierte Bewegungen ausführen, wenn sich jede Einheit gezielt mit jenen abstimmt, deren Bedarf dem eigenen am ehesten entspricht. So ließen sich gemischte Schwärme mit minimalen individuellen Kompromissen koordinieren. Als mögliche Einsatzfelder nennen die Forschenden unter anderem Umweltmonitoring, Landwirtschaft, die Entfernung von Mikroplastik sowie Such- und Rettungseinsätze.

Quelle: https://www.igb-berlin.de/news/und-jetzt-alle-atmen